ELEKTRK MAKNALARI DENETM SSTEMLERNDE TMS320F2812 DSP KULLANIMI

Transkript

1 ELEKTRK MAKNALARI DENETM SSTEMLERNDE TMS320F2812 DSP KULLANIMI Selami KESLER Pamukkale Üniversitesi, Teknik Eitim Fakültesi, Elektronik ve Bilgisayar Eitimi Böl., DENZL ÖZET Mikroilemcili denetleyicilerin performansı ve kapasitelerinin geliime balı olarak elektrik makinalarının hız, konum ve moment gibi dinamiklerin denetiminde de daha karmaık yöntemler baarıyla uygulanabilmektedir. Özellikle vektör tabanlı denetim sistemler yüksek hızlı ve doruluklu ilem baarımına ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle günümüzde sayısal iaret ileyiciler(dsp s) elektrik makinalarının vektör tabanlı denetim sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaya balamıtır. Bu çalımada elektrik makinalarının denetimi için son yıllarda tercih edilen ezdsp TMS320F2812 DSK in programlama ilkeleri ve açık kaynak kodları verilmitir. Temel olarak; DSP kurulumu, sistem balangıç ayarları, portların yönlendirilmesi, kayıtçıların kullanılması, hız, akım vb. analog bilgilerin okunması, zaman kesmelerinin ayarlanması, sayısal hız kodlayıcı bilgilerin okunması ve normalizasyonu, baımsız PWM kanallarının etkinletirilmesi ve baımsız PWM çiftlerinin üretilmesinde ölü zamanların ayarlanması gibi belli balı ilemlerin nasıl gerçekletirilecei açık kaynak kodları ile incelenmitir. Örnek bir model için sonuçlar verilmitir. Anahtar Kelimeler: Sayısal aret leyici (DSP), ezdsp TMS320F2812 DSK, Denetim Sistemleri, Elektrik Makinaları USING TMS320F2812 DSP IN CONTROL SYSTEMS FOR ELECTRICAL MACHINES ABSTRACT The complicated methods used in controlling electrical machines dynamics such as speed, position and induced torque can be implemented successfully in conjunction with developing performance and capacity of controllers using microprocessor. Specially, the vector based control systems entail performance of process with high accuracy and speedy. Therefore, digital signal processors are commonly used in vector based control systems for electrical machines. In this paper, the open source codes and programming principal of ezdsp TMS320F2812 DSK, which has held in high regard recently for controlling electrical machines, are given in order. Mainly, how to be realized some fundamentals such as installing DSP, settings of system initialization, directing of ports, using of registers, converting of analog signals to digital, settings of time interrupts, reading digital information from shaft encoder and its normalization, enabling of independent PWM channels and setting of dead band are described by open source codes. The results for exemplary model are included. Keywords: Digital Signal Processor (DSP), ezdsp TMS320F2812 DSK, Control Systems, Electrical Machines 1. GR Günümüzde DSP ler video, müzik, haberleme ve ölçme tekniinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik makinalarının hız, moment ya da konum denetiminde yüksek hızlı ve doruluklu ilem baarımının elde edilmesinde ve daha karmaık denetim yöntemlerinin uygulanmasında sayısal iaret ileyiciler önemli yer tutmaktadır. Güç elektronii sürücü düzeneklerinde kullanılan yarı iletken anahtarların daha hızlı ve daha karmaık denetimleri, sürekli gelien mikroilemci teknolojisiyle daha kolay yapılabilmektedir. Sayısal iaret ileyiciler DSP olarak bilinmektedirler. Her türlü konvertör ve motor denetimi için üretilmi hızlı ve yetenekli DSP lerden birisi de TMS320F2812 dir. Spectrum Digital tarafından deneysel kullanımlar için gelitirilmi kartı olan ezdsp TMS320F2812 DSK, bilgisayarların paralel portu üzerinden Code Composer Studio (CCS) arayüzü ile programlanabilmektedir[1-3]. Bir kontrol sisteminin DSP ille gerçekletirilmesinde, DSP nin kullanımı ve programlama ilkelerinin örenilmesi oldukça uzun zaman alabilmektedir. Bu amaçla bu çalıma bir rehber niteliinde sunulmutur.

2 2. TMS320F2812 DSP YAPISI TMS320F2812 DSP, sabit noktalı ilem yapan 32-bit 150Mhz bir ilemci olup, 16-kanal 6.67ns çözünürlüklü ölü zaman ayarlı programlanabilir PWM çıkıı, 16 kanal 12-bit 80ns dönüüm zamanlı A/D çevirici, 4 adet sayısal yakalama girii ve 4 adet kare dalga kodlayıcı girii, 16-bit 7 port programlanabilir sayısal giri-çıkı, 18K word RAM ve 128K word Flash EEROM ve C/C++ programlama desteine sahiptir. lemci sabit noktalı aritmetik ilem yapmasına ramen IQmath kütüphane destei ile kayan noktalı aritmetik ilem kolaylıında ve ona yakın dorulukta ilem yapabilmektedir. lemciye ilikin ilkesel bir model ekil 1 de verilmitir[1-3]. ekil 1. TMS320F2812 DSP Blok Çizgesi 3. CCS PROGRAMLAMA ARAYÜZÜ Texas Instruments firmasının ürettii bu sayısal iaret ilemcisi, Code Composer Studio (CCS) ile birlikte gelmektedir. lemcinin programlanması C++ ve ASM ile yapılabildii gibi MATLAB Simulink, VISSIM gibi özel paket programlar da kullanılabilmektedir. Ancak oluturulan program kodları yine CCS aracılııyla ilemciye yüklenmektedir. Bu ilem için CCS kullanılan program tarafından çarılmaktadır. Paket içerii olarak gelen CD ile sistem kurulumu standart PC donanım kurulumu gibidir. CCS in yeni sürümlerinde kart balantısı çalıma anında kesilebilmekte ve tekrar balanabilmektedir. Ancak önceki sürümlerinde DSP program yüklemesi ve koturulması bitene kadar kart ile balantının kesilmesine izin vermemektedir. CCS arayüzünde standart C/C++ proje oluturma ilemleriyle, CSS örnek dosyalarından her hangi birinde ana program çatısı oluturulabilir. CCS de açılan her yeni proje için kullanılan ilemciye ilikin f2812.gel dosyası eklenmelidir. F2812 ilemcisinin bütün birimlerinin adresleri ve adları C++ destei ile neyse yönelimli olarak tanımlanmıtır. Bu nedenle standart olarak ilemci birimlerine ilikin balık dosyaları, kütüphane dosyaları ve kullanıcı tarafından deitirilebilen kaynak dosyaları açılan projeye eklenmelidir. Bu dosyalar, kullanıcı tarafından oluturulacak yeni denetim yazılımları gibi kaynak dosyaları ile balanarak çıkı dosyası üretilir ve ilemciye yüklenir. lemcinin kullanılan birimlerine göre giri/çıkı kapıları, ADC girileri, PWM çıkıları, sayısal veri çıkıları, ilemci ve kullanılan birimlerin uygun çalıma hızları mevcut kaynak dosyalarında deitirilir. Özellikle kesme (interrupt) vektörleri program zamanlaması açısından doru ayarlanmalıdır. Örnein 2.5kHz lik bir PWM iareti üretimi için 400µs lik bir zaman kesme vektör yazılımı yapılmalıdır. Denetimi yürütecek program ya da program grubu bu süre içinde bir çevrimini tamamlamalıdır. Her giri/çıkı kapısı; giri, çıkı, iaret yakalama ya da PWM için baımsız olarak ayarlanabilir. Ancak ilemci bilgi sayfalarında verilen bacak balantı yapılarına dikkat edilmelidir. lemcinin temel birim kayıtçıları tam korumalı olduundan gerekli ayarlar yapılırken koruma kaldırılır ve ayarlama sonunda koruma kodları yeniden etkin yapılır. Bundan sonraki bölümlerde DSP nin programlanmasında takip edilecek ilem sırası aynı kod sırasıyla verilmitir. Kodlar verildii sırada yazılmalıdır DSP Sistem Balangıç Ayarları Kullandıımız ilemcinin bütün balık dosyalarının bulunduu ana balık dosyası olarak aaıdaki dosyalar programa eklenir. DSP281x_Device.h" DSP281x_Examples.h" DSP yongasında bulunan kendi çevresel birimlerinin (PLL, WatchDog Timer vb.) çalıma hızları ve etkin edilip edilmeme durumları DSP281x_SysCtrl.c kaynak

3 dosyasında ayarlanmıtır. Programa bu kaynak dosya; InıtSysCtrl( ); koduyla dahil edilir. Kaynak kod dosyalarının bulunduu (source files) bölüme de DSP281x_SysCtrl.c dosyası eklenmitir. Bu dosya da sistem saat hızı ayarı HSPCLK hızına oranla PLL çıkıı olarak 150MHz çalıma durumu için aaıdaki kod, koruma kaldırılarak, eklenerek kayıtçılar tekrar korumaya alınır. Kullanılan kayıtçı nesne adları: biçimindedir. SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x0000; Genel amaçlı giri/çıkı kayıtçılarının ayarları kaynak dosyasında olduundan, sayısal giri ve çıkı olarak kullanılacak kapıların kayıtçıları yine korumalı olarak bu dosyada ayarlanır ve dosya ana program içine; InıtGpio( ); koduyla dahil edilir. DSP281x_Gpio.c kaynak dosyası da projeye eklenir. GPIO PortB nin ilk sekiz bitinin çıkı, son sekiz bitinin giri olarak ayarlandıı kaynak kodları aaıdaki gibidir. Genel tanımlama kapı(port) yönlendirme kayıtçısında (GPBDIR) yapılmaktadır. GpioMuxRegs.GPBMUX.all = 0x0; GpioMuxRegs.GPBDIR.all = 0x00FF; GpioMuxRegs.GPBQUAL.all = 0x0; Çevresel birimlerin kesme vektör tablosu ilenirken ilemci temel kesmelerinin yetkisiz kılınması gerekir. Bunun için CPU kesmeleri yetkisiz kılınır ve kesme bayrakları (interrupt flag) temizlenir. Gerekli kod sırası aaıdaki gibidir: DINT; InıtPieCtrl( ); IER=0x0000; IFR=0x0000; InitPieVectTable(); Çevresel birimlerin kesme vektörleri DSP281x_PieCtrl.c kaynak dosyasında ayarlanır. Bu dosya kaynak dosyalar bölümüne dahil edilir. Bu dosyada eer ADC örnekleme zamanına göre bir kesme vektörü kullanılacaksa; InitAdc(); PieVectTable.ADCINT = &adc_isr; PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx6 = 1; IER = M_INT1; EINT; ERTM; kaynak kodları girilmelidir. Ancak ADC nin kesme vektörleri CPU zamanlayıcılarından baımsız deildir. Bu yüzden CPU nun gerçek zamanlı kesmeleri de yetkilendirilmitir. Eer bir baımsız zaman kesmesi kullanılacak ve ADC nin buna uyması istenirse, zamanlayıcılardan birisine ilikin kesme vektörü ayarlanmalıdır. Ayrıca zamanlayıcının sayaç durumuna göre kesmenin zamanı da belirlenebilmektedir. Program döngüsü sonunda da kullanılan kesme vektörüne uygun bayraklar ayarlanır. TIMER1 in setlenen sayıcı deerine göre, sayıcı sıfırlama durumuna göre, sayıcı sonlanma durumuna göre ya da sayıcı karılatırma deerine (CMPR VALUE) kesme üretebilen bir kesme vektörüne sahiptir. TIMER1 periyot deerine göre kesme üreten TIMER1 zamanlayıcısı kesme vektörü kaynak kodları aaıdaki gibi oluturulmutur. PieVectTable.T1PINT = &t1pint_isr; PieCtrlRegs.PIEIER2.bit.INTx4 = 1; IER =0x0002; EINT; ERTM; Genel kesme hizmet yordamları (Interrupt Service Routine) DSP281x_DefaultIsr.c kaynak dosyasında olup, bu dosya kaynak dosyaları bölümüne dahil edilmelidir. Kaynak kodlarını yazdıımız kesme vektörleri ayarlanmadan önce; InıtPieVectTable(); kaynak kodu ana programa dahil edilmelidir. Ayrıca çevresel birimler balangıç deerlerine ayarlanması gerektiinden, DSP281x_InitPeripherals.c dosyası kaynak dosyaları bölümüne dahil edilip ana programa; InıtPeripherals();

4 kaynak kodu eklenmelidir. Denetim sistemleri uygulamasında en çok kullanılan birimlerden birisi de ADC dir. Bu yüzden gerekli ayarlamalar sonra yapılmak üzere balangıç ayar kodları bölümünde; InıtAdc(); kodu yazılarak, kaynak dosyaları bölümüne DSP281x_Adc.c dosyası da eklenir. F2812 ilemcisine ilikin genel deiken ve nesne tanımlarının yapıldıı; DSP281x_GlobalVariableDefs.c DSP281x_CodeStartBranch.asm dosyaları yine kaynak dosyaları bölümüne eklenmelidir. Denetim amaçlı oluturacaımız ana programa balamadan önce kütüphane ve balık dosyalarının kaynak dosyaların derlenmesinden sonra çıkı dosyasının ilemci belleinde yerleecei haritalama, balayıcı ve yükleyici dosyalar eklenmelidir. Bunlar ; DSP281x_Header_nonBIOS.cmd F2812_EzDSP_RAM_lnk.cmd dosyalarıdır. Bütün bu sözü edilen dosyalar CCS kurulumunda mevcuttur. Sadece açılan projeye eklenmesi ve ayarlanması gerekir. Örnek projelerden yola çıkarak, gerekli ekleme ve düzenleme ilemi daha kolaydır. Ancak F2812 ilemcisine ilikin çevresel birimlerin balık dosyalarının üretici firma web destek sitesinden indirilip kurulması gerekmektedir. Burada; GpioMuxRegs: Genel Amaçlı Giri/Çıkı Seçici Kayıtçısı, GPAMUX: GpioMuxRegs kayıtçısı altında bulunan A Kapısı Seçicisi, bit: A Kapısı Seçme Kayıtçısında bit düzeyinde ilem yapılacaı, PWM1_GPIOA0=1: A Kapısının A0 biti seçilecei ve PWM çıkıı olduu yazılan kodla belirtilmitir Analog Sayısal Dönütürücü Ayarları F2812 ilemcisi 12-bit çözünürlüklü 16 adet (2x8) 0-3V DC analog girili bir ADC ye sahiptir. Programın ilemcide koturulması sırasında okunacak analog girilerin sayısı ve analog iaretin hangi bacaa balandıı, dönütürme sırası ve biçimi ayarlanmalıdır. Örnekleme zamanı ve dönütürülen iaretin sayısal deerinin ana program tarafından hangi sıklıkla alınacaı kesme vektörleriyle belirlenir. ADC nin örnekleme hızı ise sistem saat hızına göre baımsız olarak ayarlanabilmektedir (ekil 2 ve ekil 3). Bu çalaımada ADC 25Mhz hızında ve dönütürme biçimi sıralı kip olarak seçildi. Böylece okunacak akım ya da dier analog girdiler öncelik sırasına göre dönütürülmütür DSP Kayıtçılarının Kullanımı F2812 ilemcisinin bütün çevresel birimleri C++ desteinde nesne olarak bit düzeyine kadar tanımlıdır. Programlamaya balamadan önce balık dosyaları tek tek incelenip kayıtçı nesne adları bellenmelidir. Program yazımı sırasında CCS de yardımcı olmaktadır. Açılan TAB menülerden kayıtçının ilgili bitleri ya da tamamı seçilebilir. Yapılacak ileme göre ilemci bilgi sayfalarından uygun kayıtçılar belirlenip sırasıyla setlenmelidir. Aaıda genel amaçlı giri/çıkı seçisi kayıtçılarından GPIO_ PORT_A nın bit düzeyinde PWM çıkıı yetkilendirmesi için bir örnek verilmitir. GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM1_GPIOA0=1; ekil 2. ADC birimimin sıralı dönüüm kipi Okunacak analog kanal sayısı (ADCMAXCONV), dönüüm yapılınca hangi kanalın hangi sonuç kayıtçısında tutulacaı (ADCSELSEQx ve ADCRESULTx), hangi olay yöneticisinin dönüümü yeniden balatacaı (EVA_SOC_SEQx) ve kesme vektörünün yeniden yetkilendirilmesi (INT_ENA_SEQx) her TIMER1 periyoduna balı gerçekleen kesmeler için ayarlanır. lgili kayıtçılar (ACTRLx,

5 ADCMAXCONVxx, ADCCHSELSEQx) AdcRegs içinde bulunur. Üç analog giri için kullanılan ayarlar örnek olarak aaıda verilmitir. AdcRegs.ADCMAXCONV.all = 0x0002; // üç adet kanal dönütürülecek AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x7; // ADCINA7 bilgisi ADCRESULT0'a AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x6; // ADCINA6 bilgisi ADCRESULT1'e AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV02 = 0x0; //ADCINA0 bilgisi ADCRESULT2'e AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SEQ1 = 1; // Sıralı mod EVA olay yön.yetkili AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1 = 1; // Kesmeler dönüüm sonunda yetkili AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS=3; // ADC örnekleme hızı 150/6=25Mhz AdcRegs.ADCTRL1.bit.CPS=0; // Ardııl dönüüm hızı (pipeline) AdcRegs.ADCTRL1.bit.ACQ_PS=7; // ADC örnekleme penceresi Sayısal deere dönütürülen analog iaretler ADCRESULTx kayıtçılarında tutulur. Eer dörtten fazla kanal dönüümü yapılacaksa, SEQ1 ve SEQ2 kipleri ADCTRL1 ve ADCTRL2 kayıtçılarında setlenir. Bunun için Tablo 1 den faydalanılabilir. Tablo 1. ADC kanal seçim kayıtçı deerleri ekil 3. ADC çalıma hızının ayarlanması 3.4. PWM iaretlerinin Üretimi lemcinin daha önce sözü edilen zamanlayıcıları ve karılatırma mantık birimi kullanılarak üç-çift baımsız tümleyenli PWM iaretleri üretilir. Aynı hat üzerindeki anahtarların kısa devre olmasını önlemek amacıyla ölü zaman mantık birimi de ayarlanır. Çalımamızda TIMER1 ve EVA olay yöneticisi kullanılarak farklı frekanslarda PWM iareti üretilmitir. Sayıcı yukarı-aaı (up-down mode) çalıma kipine ayarlanarak, örnek olarak, f pwm f pcu 150Mhz = = = 2500 Hz T1. TPS. HISCP (2x30000).1.1 per T1 anahtarlama frekansı elde edilir. Bu kayıtçılar 16-bit olmasına ramen ADC 12- bit olduundan tutulan sayısal bilgi normal analog deerine dönütürülmeden önce 4-bit saa kaydırılarak kullanılır. Örnek kod aaıdaki gibidir. RefVoltDigital=(AdcRegs.ADCRESULT2 >>4); RefVoltAnalog= RefVoltDigital *3.0/4095; F2812 ilemcisi ADC si 0.732mV/bit duyarlılıktadır. Çok salınım yapan 12-bit yerine 11-bit kullanılabilir. Bu durumda be bit saa kaydırılabilir. ADC çalıma zamanı ayarlaması ekil 3 de verilmitir. ekil 4. Zamanlayıcılar ve simetrik PWM çiftlerinin üretimi TIMER1_PERIOD deeri setlendiinde, toplam zaman sayacı önce yukarı sonra aaı sayacaktır. Ayrıca her zamanlayıcının

6 (TIMERx) baımsız olarak üç ayrı karılatırma deeri girilebilmektedir. Bunlar CMPRx kayıtçılarında tutulur. lgili kayıtçılar EvaRegs ve EvbRegs içinde bulunur. Simetrik bir PWM iaretinin zamanlayıcılarla üretim ilkesi ekil 4 de gösterilmitir. EVA olay yöneticisinde sayıcıyı sıfırdan balatan, TIMER1 periyodunu setleyen ve periyot sonunda ADC için kesme üretecek kodlar aaıdaki gibidir: EvaRegs.T1PR =30000; //2.5kHz için periyod deeri EvaRegs.GPTCONA.bit.T1TOADC = 2; //Periyot sonunda kesme yetkisi EvaRegs.T1CNT=0x0000; //Sayıcı balangıç deeri Her periyot sonunda kesme bayrakları ve vektörleri yeniden ayarlanır. EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1PINT=0; EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1PINT=1; EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1PINT=1; EVA olay yöneticisinin TIMER1 için yukarıaaı sayma kipi ve karılatırma mantık biriminin etkin edilmesi için aaıdaki setleme yapılır. EvaRegs.T1CON.all = 0x0842; Her karılatırma ileminde PWM X ve PWM x+1 iaret çiftinin, sayıcı deerinin karılatırma deerine ulatıında PWM X in yükselmesi ve PWM x+1 in dümesi için aaıdaki setleme yapılmalıdır. EvaRegs.ACTRA.all=0x0666 SVPWM üretiminde anahtarlama süreleri her bir IGBT anahtar grubu için farklı ve her adımda deitii için hesaplanan anahtarlama süreleri CMPR deeri olarak alınmıtır. Örnek kodlar aaıda verilmitir. S1, S2, S3 hesaplanan anahtarlama süreleridir. Bu süreler zamanlayıcıların periyoduna oranlıdır. Saniye cinsinden deer deildir. EvaRegs.CMPR1= EvaRegs.T1PR -S1; //PWM 1-2 EvaRegs.CMPR2= EvaRegs.T1PR -S3; //PWM 3-4 EvaRegs.CMPR3= EvaRegs.T1PR -S5; //PWM 5-6 F2812 sayısal iaret ilemcisi daha önce de sözü edildii gibi genel amaçlı giri/çıkı kayıtçı ve kapılarına sahiptir. Bu nedenle üretilen PWM iaretlerinin görülebilmesi için bit düzeyinde PWM çıkıları ayarlanmalıdır. EVA kayıtçı ve mantıksal birimleri ekil 5 de gösterilmi olup, PWM çıkılarını ayarlayan kod yazılımı aaıdaki gibidir. GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM1_GPIOA0=1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM2_GPIOA1=1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM3_GPIOA2=1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM4_GPIOA3=1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM5_GPIOA4=1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM6_GPIOA5=1; Ayrıca GP zamanlayıcılarının da baımsız olarak periyot ve karılatırma deerleri ayarlanarak, iki-çift tümleyenli PWM iareti üretilebilmektedir. Bunlar T1PWM_T1CMP ve T2PWM_T2CMP dir. Sabit darbe genilikli simetrik bir PWM iaretinin üretim süreci blok çizgesi ekil 6 da verilmitir. GPIO_A kapısından alınan PWM iaretleri güç ve sürücü devresinden yalıtılarak kullanılmalıdır. ekil 5. EVA Olay yöneticisine balı ilemci birimleri Sabit darbeleme oranlı PWM üretimi için karılatırma deerleri (CMPRx) sabit girilir. ekil 6. PWM iareti üretim süreci blok çizgesi

7 3.5. PWM aretlerinin Ölü Zaman Ayarı IGBT eviricilerde aynı hatta balı anahtarlar, biri dierinden tümleyenli üretilmi PWM iareti ile sürülürse sürücü iaretin düen ve yükselen kenarlarında anahtar hızları yava kaldıı için üstteki anahtar henüz tıkamaya gitmeden alttaki anahtar tetiklenmi ve iletime sokulmaya zorlanmıtır (ekil 7). Bu durumda DA besleme hattı bu anahtarı grubu tarafından kısa devre olmakla birlikte IGBT anahtarlar da kısa devre akımından etkilenerek zarar görmektedir. Burada, DBTS deer kombinasyonu 6,4,3,2,1,0 ve DBT deer kombinasyonu F,E,D,C,A,9, 0 dır. ekil 8 de verilen EVA kayıtçılarının 16-bitlik açılımları bilgi sayfalarından bakılarak ölü zaman kombinasyonu deitirilebilir. ekil 8. EVA olay yöneticine balı ölü zaman birimleri ekil 7. Aynı Besleme hattına balı anahtarların sürülmesi Bu durum basit elektronik devreler ya da entegre devrelerle çözülebilse de haricen kullanılan devre elemanlarının hızı sayısal iaret ilemciye yetiemedii ve devre elemanlarının toleransları farklı olduu için yine sorun çıkmaktadır. En doru çözüm tümleyenli PWM iaretlerinin sayısal iaret ilemcisinde ölü zamanlı olarak üretilmesidir. F2812 ilemcisinde bunun için özel kayıtçılar ve mantıksal birimler vardır. Bu mantıksal birimler ekil 8 de gösterilmitir. lemcide ölü zaman üretimi için öncelikle ölü zaman mantık birimi etkinletirilmelidir. Daha sonra güç devresindeki anahtar elemanların iletime geçme ve tıkamaya gitme süreleri göz önüne alınarak uygun bit kombinasyonu DBTCONA ve COMCONA kayıtçılarında ayarlanır. PWM tümleyen çiftleri arasında 3µs lik bir ölü zaman ayar kodları aaıdaki gibidir. lemci hızı 75Mhz seçilirse yukarıdaki ayarlamalar 6µs lik ölü zaman üretecektir. Bunun nedeni, DBTCONA zamanlayıcılarının ilemci saatini kullanmasıdır Hız Kodlayıcıdan Bilgi Okunması Elektrik makinalarının farklı çalıma durumları göz önüne alınarak konum bilgisinin analog olarak alınmasında gürültü ve ADC etkilerini ve ortadan kaldırmak için sayısal konum kodlayıcı kullanılması daha doru bir denetim yapılmasına yardımcı olur. (Örnek bir model: ENB ). Bir sayısal hız/konum kodlayıcının çalıma blok diyagramı ekil 9 da gösterilmitir. EvaRegs.DBTCONA.bit.EDBT1=1;//PWM 1-2 EvaRegs.DBTCONA.bit.EDBT2=1;// PWM 3-4 EvaRegs.DBTCONA.bit.EDBT3=1;// PWM 5-6 EvaRegs.COMCONA.all=0xA600;//SVPWM 0xB600 EvaRegs.DBTCONA.bit.DBTPS=6;//Ölü zaman EvaRegs.DBTCONA.bit.DBT=12; //C->3µs ekil 9. Sayısal konum kodlayıcının çalıma ilkesi

8 Hız/konum kodlayıcının beslemesi ilemciden alınarak, kodlayıcı çıkı iaretlerinin GND seviyesi F2812 DSP ile eitlenmelidir. Kullanılan sayısal hız/konum kodlayıcı iki fazlı iaret üretmektedir. Fazlardan biri QEP1, dieri QEP2 adlı ilemci bacaına balanır. Bu balantılar GPIOA kayıtçı ve kapısında olduundan GPIOA8_QEP1 ve GPIOA9_QEP2 öncelikle giri olarak ayarlanmalıdır. A ve B kanal iaretleri arasındaki konum farkının negatif olması, sayıcının büyük bir deerden balaması anlamına gelir. Buda motor milinin ters dönmesi demektir. Bu durumda dönü yönü önemli deilse sayıcı üst deerine göre (65535) okunan sayıcı deeri dorulanmak üzere, bu üst deerden çıkartılır. okunur. Bunun için aaıdaki kodlama bit düzeyinde yapılmalıdır: 1.adım: QEP1 ve QEP2 giri için yetkilendirilir. GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.CAP1Q1_GPIOA8=1 GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.CAP2Q2_GPIOA9=1 2.adım: Zamanlayıcı periyodu ayarlanır ve sayıcı sıfırlanır EvaRegs.T2PR=0xFFFF; EvaRegs.T2CNT=0x0000; 3.adım: Sayıcının iki yönlü sayıına izin veren, TIMER1 den baımsız çalımayı salayan, arıza durumunda programa durma iareti üreten, ilemci frekansından baımsız çalımayı salayan TIMERx karılatırıcılarını devre dıı bırakan ve TIMER2 periyodunu esas alan EvaRegs içindeki T2CON kayıtçısının FREE=0, SOFT=0, DMODE=3, T2SWT1=0, TPS=0, TCLKS10=3, TCLD10=0, TECMPR=0,SET1PR=0, TENABLE=1 bit düzeyinde kodlarına karılık gelen: EvaRegs.T2CON.all=0x1870; ekil 10. Hız kodlayıcının F2812 ilemcisine balantısı QEP1 ve QEP2 den gelen kare dalga iaretlerinin hem yükselen hem de düen kenarlarında sayma ilemi gerçekleir. Böyle devir baına 1024 kare dalga üreten bir kodlayıcı için sayıcı 4096 sayısına ulaır. PWM anahtarlama periyodu 2.5kHz ise, sayısal hız bilgisi de 400µs aralıkla okunacaktır. Bu durumda en fazla devir sayısı 3000 dev/d göz önüne alınarsa 400µs de sayıcı deeri 81,92 olmalıdır. Bu tam sayı olmadıından, hız bilgisinin her anahtarlama periyodunda okunması hataya yol açacaktır. Bu nedenle sayıcı 25 döngüde okunarak en yakın tam sayısı 2048 elde edilebilir. Bu da tam duyarlıkla hız bilgisinin normal deere çekilmesini salar. 5kHz anahtarlama frekansı için bu sayı 1024 olarak hesaplanır. Bu durumda gerçek hız bilgisi normal deeri çarpanı (3000/1024) olur. Sayısal hız kodlayıcı ekil 10 daki gibi balanarak, GPIO_TIMER2 ve sayıcısı üzerinden hız bilgisi kodu ana programa eklenir. Index iaretine ihtiyaç duyulmadıından yakalama kayıtçısını devre dıı bırakmak için CAPCONA kayıtçısının uygun deerine ayarlanması için aaıdaki setleme yapılır: EvaRegs.CAPCONA.all=0xE000; Her zaman kesmesi (time interrupt) sonunda okunan EvaRegs.T2CNT sayıcı deeri hız kodlayıcıdan gelen darbe sayısı olduundan bir bölünebilir tamsayı deerine ulaıncaya kadar döngü yapılır ve normalize edildiinde sayıcı deeri ve sayıcı toplam darbe sayısını tutan deiken sıfırlanır Analog aretlerin Örneklenmesi F2812 DSP 25 MHz hızında çalıan ve 0-3V doru gerilim deerini okuyup 12-bit sayısal dönüüm yapan bir ADC birimine sahiptir. Bu sayısal deerler 16-bit lik kayıtçılarda tutulur. Akım, gerilim ve analog hız bilgileri okunurken kayıtçı verileri 4-bit saa kaydırılarak kullanılır. Ancak alternatif genlikli iaretlerin bu ADC den okunması için örneklenecek iaretler en fazla

9 1.5V genlikli olacak ekilde ayarlanmalı ve bir analog iaret bindirme devresinden geçirilmelidir. Böylece örneklenecek iaretin negatif genlikleri de ADC ye verilebilir. Böyle bir analog iaret bindirme devresi ekil 11 de ilkesel olarak gösterilmitir. Burada kullanılan ilemsel yükselteçler ile bir toplama devresi tasarlanmıtır[6]. Ancak örneklenecek iarete bu devrede bindirilecek gürültüler için çıkı iaretleri filtre edilebilir ya da ilemsel yükselteçlerde uygun ayarlamalar yapılabilir. basamaklarını, her türlü ondalıklı ilem için, ilemciye uygun olarak dönütürse de bu oldukça zaman almaktadır. lem baarım hızını azaltmadan ondalıklı sayılarla da çalıabilmek için F2812 DSP üreticisi tarafından gelitirilen IQmathLib.h balık dosyası, ilemci programlanırken sistem balık dosyaları içine eklenir ve balı kütüphane kurallarına göre deikenler tanımlanır.bu durumda standart kayan noktalı aritmetik ilemler dorudan C/C++ dilinde yazılabilir. C++ için balık dosyası IQmathCPP.h dir[1,2]. IQmath yaklaımında I integer (tam), Q Quotient (kesir) anlamında kullanılır. Buna göre farklı formatlar kullanılmakla birlikte geleneksel 32-bit IQmath yaklaımında I8Q24 formatı kullanılmakla birlikte Q19-Q26 formatı da ilem kararlılıına sahiptir. ekil 12 de kayan noktalı aritmektikle yapılan bir ilemin geleneksel sabit noktalı biçimi ve bu ilemin C ve C++ için IQmath yaklaımı gösterilmitir[1-3]. ekil 11. Analog iaret bindirme devresi Analog iaret bindirilerek örneklenmi olan iaretlerde +1.5V luk ekleme olduundan ADC sonuç kayıtçılarından okunan deerden 2048 deeri çıkartılarak normalize edilir. Bu durumda ADC için dönütürülecek en büyük analog genlik 1.5V olacaktır IQmath Kütüphane Destei F2812 DSP sabit noktalı ilem aritmetiine çalıır. Bu nedenle programda kullanılan bütün deerler ilemcinin tanıdıı en büyük tamsayıya ölçeklendirilir. Ondalıklı sayılar yerine tamsayılarla çalıılır. Bu durumda ilem baarım hızı azalmaz. Çarpma, toplama, çıkarma ve bölme gibi ilemler birlikte yapıldıında anlamlı bitlerin kaybedilmemesi için bit kaydırma yöntemleri kullanılsa da karekök, üstel ve trigonometrik ilemlerde genellikle okuma tabloları kullanılır. Bu deer tabloların ilemciye yüklenmesi gerekir. Bu ilem hem bellekten harcar hem de programlama da zorluklara neden olur. Aynı zamanda elde edilecek analog deerlerde yuvarlamalara neden olur[1]. Ancak bu ilemcilerin programlanmasında assembly yerine C/C++ kullanıldıında derleyici dorudan yazılmı en karıık ilem ekil 12. F2812 DSp için IQmath ilem yaklaımı Benzer ekilde dier fonksiyonlar içinde Tablo 2 den faydalanılabilir. Tablo 2. IQmath yaklaımında aritmetik ilemler ve trigonometrik fonksiyonlar

10 4. ÖRNEK MODEL VE UYGULAMA Önceki bölümde açıklanan programlama ilkeleri kullanılarak bilezikli bir asenkron motorun rotor sargıları üzerinden bir IGBT evirici yardımıyla rotor sargılarına gerilim uygulayarak hız denetimi TMS320F2812 DSP ile gerçekletirilmitir. Rotor sargılarına anlık rotor gerilimi ve frekansını takip eden gerilim uygulanırsa bu gerilimin etkin deeri ve faz açısına balı olarak sırasıyla motorun hızı ve güç katsayısı deitirilebilmektedir. Uygulanan gerilimle birlikte hız deiecei için uygulanması gereken frekans da deimektedir. Bu nedenle rotorda indüklenen gerilimin frekansı sürekli olarak takip edilmelidir[4-6]. Örnek model için ilkesel devre ekil 13 de verilmitir. olarak gözlenmesini salamaktadır. Ancak bir osiloskop gibi kullanılmasında en fazla 10Hz lik bir örnekleme salamaktadır. Yine de denetim deikenlerinin anlık durumları hakkında yeterli fikir vermektedir. Sayısal olarak hesaplanan deikenler ve okunan iaretlerin harmonik analizleri de CCS ile kolayca yapılabilmektedir. ekil 14 ve ekil 15 de verilen sonuçlar DSP den CCS vasıtasıyla alınmı örneklerdir. ekil 14. SVPWM anahtarlama bölgeleri ekil 13. Bilezikli asenkron motorun rotor sargılarına gerilim uygulanmasına ilikin denetim modeli Bu modelde rotor ve stator akımları, bir analog iaret bindirme devresi yardımıyla ADC den okunmutur. Rotor hız/konum bilgisi için ENB1024 sayısal hız kodlayıcı kullanılmıtır. Hız/konum kodlayıcı QEP1 QEP2 den okunmu ve normalize edilmitir. IGBT evirici DSP de üretilen SVPWM iaretleriyle sürülmütür. Bunun için istenen hız denetimine uygun anahtarlama süreleri DSP de hesaplanmıtır. Program C/C++ destekli yazılmıtır. PWM anahtarlama frekansı 2.5kHz olarak ayarlanmı ve ana program 400 µs de sonlanacak ekilde zaman kesmeleri ayarlanmıtır. 5. SONUÇLAR TMS320F2812 DSP nin programlanmasında kullanılan CCS, aynı zamanda bütün kullanılan deikenlerin ve kayıtçıların gerçek zamanlı ekil 15. Referans hız ve gerçek hız deiimi 6. KAYNAKLAR [1] Texas Ins., TMS320f2812 Digital Signal Processor Implementation Tutorial, 2004 [2] Texas Ins., EzDSP TMS320F2812 Digital Signal Processor Technical References, 2004 [3] Texas Ins. World Wide Web site [4] Tang, Y. ve Xu, L., Vector Control and Fuzzy Logic Control of Doubly Fed Variable Speed Drives with DSP Implemantation, IEEE Trans. Energy Conversion, 10, 4 (1995) [5] Poddar, G. ve Ranganathan, V.T., Direct Torque and Frequency Control of Doubly Inverter Fed Slip-Ring Induction Motor Drive, IEEE Trans. Industrial Electronics, 51,6 (2004) [6] Kesler, S., Bilezikli Asenkron Makinaların Bulanık mantık Tabanlı Hız Denetiminin TMS3220F2812 DSP ile Gerçekletirlmesi, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006.